Question

【題目】燃煤廢氣中的氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體，常用下列方法處理，以實現節能減排、廢物利用等。已知：25℃ 時，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5； H2SO3：Ka1＝1.5×10－2，Ka2＝1.0×10－7。

(1)處理煙氣中的SO2常用液吸法。室溫條件下，將煙氣通入濃氨水中得到(NH4)2SO3溶液，0.1mol/L(NH4)2SO3溶液的pH____(填“>”“<”或“＝”)7。

(2)用活性炭可以還原處理氮氧化物，有關反應為C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g)。在恒容條件下，能判斷該反應一定達到平衡狀態的依據是 ________(填選項編號)。

A．單位時間內生成2nmolNO(g)的同時消耗nmolCO2(g)

B．混合氣體的密度不再發生改變

C．反應體系的壓強不再發生改變

D．混合氣體的平均相對分子質量不再改變

(3)有科學家經過研究發現，用CO2和H2在210～290℃，催化劑條件下可轉化生成甲醇蒸氣和水蒸氣。

①230℃，向容器中投入0.5molCO2和1.5molH2，當轉化率達80% 時放出熱量19.6kJ能量，寫出該反應的熱化學方程式__________________。

②一定條件下，往 2L恒容密閉容器中充入1.0molCO2和3.0molH2，在不同催化劑作用下，相同時間內 CO2的轉化率隨溫度的變化如圖1所示：

催化劑效果最佳的是催化劑________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”)。b點v( 正 )________v( 逆 )( 填“＞”“＜”或“＝”) 。此反應在 a 點時已達平衡狀態，a 點的轉化率比 c 點高的原因_____。已知容器內的起始壓強為100kPa，則圖中c點對應溫度下反應的平衡常數Kp＝____________KPa－2 。(保留兩位有效數字，Kp為以分壓表示的平衡常數，分壓＝總壓×物質的量分數)

(4)一定條件下，CO2和H2也可以發生反應CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH＜0，一定溫度下，在3L容積可變的密閉容器中發生如上反應，已知c(CO)與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖2所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ或曲線Ⅲ。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是____________________。

Answer 1

【答案】＞ BD CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol I ＞ 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 8.3×10-4 將容器快速壓縮至2L

【解析】

(1)(NH4)2SO3溶液中存在NH4+和SO32-的水解，結合NH3H2O和H2SO3：Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7分析水解能力的大小，判斷溶液的酸堿性；

(2)恒容條件下，反應達到平衡的標志依據“變量不變”方法判斷，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變；

(3)①根據圖1可知0.5mol CO2和1.5mol H2轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計算：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的△H得出該反應的熱化學方程式；②由圖象知：反應Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉化率，故催化劑效果最佳的反應是反應Ⅰ；T3的b點時，反應未達到限度，故v(正)＞v(逆)；該反應為放熱反應，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，從而使CO2的轉化率降低。故T4的a點轉化率比T5的c點高； c點時，

代入平衡常數表達式計算；

(4)當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量濃度增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變。

(1)已知NH3H2O的電能平衡常數大于H2SO3的Ka2，則在(NH4)2SO3溶液中NH4+的水解能力小于SO32-的水解程度，可知溶液顯堿性，即pH＞7；

(2)在恒容條件下，能判斷該反應一定達到化學平衡狀態的依據是正逆反應速率相同，各組分含量不變，C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)；

A．單位時間內生成2nmolNO(g)的同時消耗nmolCO2(g)，說明反應逆向進行，不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；

B．碳是固體。當平衡發生移動，氣體質量會發生變化，容器體積不變，所以混合氣體的密度不再發生改變可以說明反應達到平衡狀態，故B正確；

C．反應前后氣體總物質的量不變，反應體系的壓強始終不發生改變，不能判定平衡，故C錯誤；

D．C為固體，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，可知氣體的質量不變，為平衡狀態，故D正確；

故答案為BD；

(3)①已知0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6kJ，則該反應的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-×2=-49kJmol-1，則熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；

②由圖象知：反應Ⅰ在較低溫度T3時CO2就達到80%的轉化率，催化劑效果最佳的反應是反應Ⅰ，T3的b點時，反應未達到限度，故v(正)＞v(逆)；該反應為放熱反應，T4反應已經達到平衡，升高溫度到T5平衡向逆反應移動，從而使CO2的轉化率降低。T4的a點轉化率比T5的c點高，c點時：

在恒容恒溫條件下，氣體的壓強與氣體的物質的量成正比，則平衡時總壓強P總=100kPa×=70kPa，該反應的平衡常數Kp==8.3×10-4；

(4)當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量濃度增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件后為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3:V=4.5:3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L滿足條件。